معدن‌کاری هوشمند در جهان متحول شد | چالش‌های ایران تمامی ندارد

با ظهور انقلاب دیجیتال و گسترش روزافزون نسل جدید صنعتی، شرکت‌های معدنی به منظور افزایش بهره‌وری، کاهش هزینه‌ها، پاسخگویی به نیازهای زیست‌محیطی و تعهدات بین‌المللی، و همچنین به کارگیری رویکردهای مناسب در مواجهه با کاهش کمی و کیفی منابع معدنی، به‌طور جدی به هوشمندسازی معادن روی آورده‌اند. معدن‌کاری هوشمند به معنای ایجاد تغییرات اساسی در روش‌های معدن‌کاری و مدیریت معادن با استفاده از سیستم‌های مبتنی بر داده است.

معدن‌کاری از دیرباز به‌عنوان یکی از سخت‌ترین مشاغل دنیا شناخته شده است. اگرچه تصویر عمومی از معدن‌کاری معمولاً به کارگری در اعماق معادن زغال‌سنگ مربوط می‌شود که با معدن‌کاری مدرن تفاوت دارد، اما کار در مناطق بیابانی و دور از شهر برای نیروی انسانی، به‌ویژه متخصصان، همچنان چالش‌برانگیز و دشوار است. در شرکت‌های بزرگ و معتبر صنعتی و معدنی، معدن‌کاری هوشمند در سطوح مختلف در حال توسعه است. این رویکرد در زمینه‌های متنوعی تعریف می‌شود و پروژه‌های مختلفی در هر یک از این حوزه‌ها در حال اجراست.

نمونه های هوشمندسازی معادن 

یکی از مهم‌ترین حوزه‌های معدن‌کاری هوشمند، معدن‌کاری بدون ورود انسان است، به این معنا که هیچ فردی به داخل معدن وارد نمی‌شود و تمامی عملیات بدون حضور انسان در محل معدن انجام می‌شود. در این زمینه، استفاده از ماشین‌آلات خودران به عنوان پایه اصلی مطرح است و این موضوع در حال حاضر در معادن روباز و برای ماشین‌آلات باربری و تجهیزات جانبی به مرحله اجرا درآمده است. شرکت ریوتینتو تاکنون در این زمینه پیشرفت‌های قابل توجهی داشته است. سندویک یک بازیگر جهانی حوزه ماشین‌آلات معدنی برنامه اتوماین خود را آغاز کرده‌است تا ماشین‌آلات خودکار برای معادن زیرزمینی و روباز داشته‌باشد. همچنین آپیراک با سرمایه‌گذاری گسترده در این حوزه، به‌زودی ماشین‎های خودکار چال‌زنی برای معادن زیرزمینی را روانه بازار خواهد کرد.

همچنین شرکت روی هیل درنظر دارد تمامی کامیون‌های معدن خود را بدون راننده کند و تبدیل به اولین معدنی شود که هیچ کامیون با راننده‌ای در آن نباشد، اگرچه پیشرفت‌های قابل‌توجهی در حوزه ماشین‌آلات خودران ایجاد شده‌است اما هنوز در برخی تجهیزات و به‌خصوص تجهیزات بارگیری، با توجه به پیچیدگی‌های عملیاتی بارگیری، تکنولوژی قابل‌اطمینانی وجود ندارد و همچنان تحقیقات در این زمینه ادامه دارد.

زمینه دیگری در معدن‌کاری هوشمند، معدن‌کاری کربن صفر است که در دنیا رو به گسترش است. استفاده از ماشین‌های الکتریکی (باتری یا هیدروژن) رو به گسترش است، اگرچه در حال‌حاضر صرفه اقتصادی ماشین‌آلات الکتریکی کمی کمتر از ماشین‌آلات دیزلی است اما با افزایش قیمت جهانی نفت و گاز و الزامات زیست‌محیطی و توافق پاریس، شرکت‌های معدنی در کشورهای پیشرو در حوزه معدن‌کاری به سمت الکتریکی‌کردن معادن در حال حرکت هستند. 

زمینه معدن‌کاری بدون باطله نمونه دیگری از معدن‌کاری هوشمند است. استفاده از معدن‌کاری برجا در معادن فلزی (به‌عنوان مثال معدن مس فلورانس آمریکا) یکی از نمونه‌های موفق در این حوزه است که با استفاده از تکنولوژی‌های مدرن لیچینگ مس به‌صورت درجا استحصال می‌شود. تکنولوژی جداسازی باطله از ماده‌معدنی در حجم بالا در حال گسترش است. در حوزه نرم‌افزاری معدن‌کاری هوشمند نیز در شرکت‌های بزرگ معدنی توفیقات قابل‌توجهی حاصل شده‌است.

دیجیتال‌کردن و متصل‌کردن معادن با استفاده از تکنولوژی‌هایی نظیر اینترنت اشیا و دوقلوهای دیجیتال، ابزاری هستند که زیرساخت اجرای معدن‌کاری هوشمند را فراهم می‌کند. در کنار این تکنولوژی‌های سخت‌افزاری، هوش‌مصنوعی و علوم داده کمک می‌کند تا تصمیمات بهتری برای عملیات معدن‌کاری گرفته شود.

روند رشد هزینه‌ها و به‌طور همزمان و در برخی برهه‌ها کاهش قیمت مواد معدنی ایجاب می‌کند که شرکت‌های معدنی به فکر کاهش هزینه‌های عملیاتی از طریق بالا بردن بهره‌وری باشند.

یک معدن هوشمند با متصل‌کردن فرآیندها، عملیات، ماشین‌آلات و منابع انسانی به‌صورت دقیق و برخط نهاده‌ها و ستاده‌های اجزای مختلف سیستم را رصد می‌کند و با تحلیل آنها می‌توان شاخص‌های بهره‌وری را رصد کرد و با اتخاذ رویکردها و تصمیمات صحیح بهروری سیستم را بالا برد.

واقعیتی که باید پذیرفت این است که اگرچه هوشمندسازی می‌تواند باعث بالا رفتن بهره‌وری شود اما در وهله اول استفاده از تجهیزات مدرن و به‌روز به‌مراتب موردنیازتر است و بدون داشتن زیرساخت معدن‌کاری اصولی، معدن‌کاری هوشمند تلاش نافرجام یا با بازدهی کم خواهد بود. راه معدن‌کاری هوشمند (معدن‌کاری نسل چهارم) از معدن‌کاری نسل سوم می‌گذرد. تکنولوژی اطلاعات یا آی‌تی زیرساخت اصلی معدن‌کاری هوشمند است.

موانع معدن کاری در ایران

فیلترینگ و ضعف در حوزه ارتباطات باعث شده تا معدن‌کاری هوشمند در کشور اجرایی نشود و در صورت اجرا با مشکلات عدیده روبه‌رو شود. با توجه به پایه معدن‌کاری هوشمند که معطوف به داده و انتقال داده‌است، ضروری است تا سیستم‌های ذخیره اطلاعات ابری قابل‌اطمینانی وجود داشته باشد.

در حال‌حاضر تقریبا هیج سیستم قابل‌اعتمادی حتی برای انتقال اطلاعات به‌صورت محلی وجود ندارد. فیلترینگ و قطع اینترنت که در کشور باب شده‌است و بدون هیچ پروتکل مشخصی در زمان‌های بحران انجام می‌شود بزرگ‌ترین ریسک در حوزه معدن‌کاری مبتنی بر داده ‌است. باید بپذیریم که ما نمی توانیم تمامی ماشین‌آلات هوشمند را تولید کنیم. ماشین‌آلات و حتی تکنولوژی‌های روز محاسبات نرم، پایگاه خارجی دارند و با قطعی یا فیلترینگ اینترنت از کار خواهند افتاد. به‌عنوان مثال در بسیاری از تکنولوژی‌های روز دنیا، آنالیز تصویر و صدا یکی از ابزارهای پایش ماشین‌آلات است و بسیاری از کتابخانه‌های پردازش تصویر تحت لایسنس نرم‌افزارهایی مانند متلب هستند.

در حال‌حاضر به‌خاطر تحریم‌ها امکان استفاده از محاسبات ابری متلب در کشور ما وجود ندارد و در صورت امکان هم با قطع اینترنت و فیلترینگ امکان استفاده از بین خواهد رفت. وجود چنین شرایطی باعث می‌شود تا بخش صنعت تمایل چندانی به حوزه معدن‌کاری مبتنی بر داده نداشته‌باشد و شرکت‌های استارت‌آپی و دانشگاه‌ها هم با محدودیت‌های بسیاری مواجه باشند.

بی‌ارزش‌شدن ‌ریال در مقابل دلار، مانع بزرگ دیگری در این زمینه است. خرید یک کامپیوتر متوسط برای مراکز دانشگاهی، تحقیقاتی و حتی صنایع به یک چالش تبدیل شده‌است، درحالی‌که در دنیای امروز هوشمندسازی، صحبت از محاسبات کوانتوم است، ما در دانشگاه‌های ایران درگیر مسائل ابتدایی حقوق شهروندی هستیم، درحالی‌که در دنیا علم در حال گسترش است و همکاری‌های قابل‌توجهی بین مراکز تحقیقاتی بزرگ دنیا انجام می‌شود، سفر به یک کشور خارجی و شرکت در یک رویداد علمی یا تکنولوژیکی برای محققان و استارت‌آپ‌های ما تبدیل به یک رویا شده‌است. 

نابسامانی اقتصادی و عدم‌پایداری سیاسی و اقتصادی کشور، باعث شده‌است که افراد و شرکت‌ها به فکر استفاده از داشته‌های فعلی و کسب سود از آنها باشند و هیچ برنامه بلندمدتی برای رفتن به سمت معدن‌کاری هوشمند طراحی نکنند.

با وضعیت فعلی تمامی جنبه‌های هوشمندسازی، قابلیت پیاده‌سازی در ایران را ندارند اما نباید تلاش‌های خوبی را که در زمینه تدوین نقشه‌راه هوشمندسازی توسط ایمیدرو و موسسه تحقیقاتی یونیدرو در حال انجام است فراموش کرد. باید پذیرفت که اجرایی‌شدن این نقشه‌راه منوط به حل معضلات اساسی کشور است.

چالش‌های اصلی صنعت معدن

از کاهش ذخایر طبیعی گرفته تا عدم قطعیت موجود در قیمت‌های بازار عرضه کالاهای معدنی، معادن همیشه انتظار چالشی جدید و در لحظه را می‌کشند. علی‌رغم اینکه در چند دهه گذشته معدن‌کاوی با رونق قابل‌توجهی همراه بوده، اما رویدادهایی چون همه‌گیری کرونا و موضع‌گیری‌های سازمان‌های حافظ محیط‌زیست، چالش‌هایی را برای صنعت معدن ایجاد کرده‌اند که در ادامه به مهم‌ترین آنها اشاره می‌کنیم.

تغییرات اقلیمی

در سال‌های اخیر، تغییرات آب و هوایی تأثیرات عمیق‌تری بر زندگی روزمره افراد گذاشته است. این شرایط باعث شده که سازمان‌های محیط‌زیستی، نهادهای بین‌المللی و گروه‌های مردمی فشار زیادی به صنایع مختلف، به ویژه صنعت معدن، وارد کنند تا این صنایع در میزان و روش‌های فعالیت خود تجدیدنظر نمایند.

عدم قطعیت در تقاضا

جهان به سوی انرژی‌های تجدیدپذیر در حال پیشرفت است و این امر به معنای افزایش نیاز به فلزات و مواد معدنی ضروری برای سیستم‌های تولید و ذخیره‌سازی مرتبط با این نوع انرژی‌ها خواهد بود. معادن باید تأمین مالی و مجوزهای لازم برای فعالیت‌های خود را با توجه به این نیازها تضمین کنند و همچنین استراتژی‌هایی را اتخاذ نمایند که چالش‌های آینده زنجیره تأمین، تأثیر منفی بر عملکرد آن‌ها نگذارد.

تکنولوژی و نوآوری

هوش مصنوعی، علم داده و تکنولوژی‌های خودکارسازی در صنعت معدن، با سرعت زیادی در حال تحول هستند. تکنولوژی بلاک‌چین نیز وارد این صنعت شده و همراه سایر فناوری‌های، رویکردهای نوآورانه و دانش‌محور را تعریف می‌کنند. هر معدنی، در هرکجای دنیا، باید دیر یا زود با این تکنولوژی‌های جدید ارتباط برقرار کند و سیستم‌های قدیمی خود را با آن‌ها تغییر دهد. استخدام نیروهای متخصص در حوزه تکنولوژی، تعریف تکنولوژی و فناوری در سیستم‌های استخراج و فرآوری موجود و به‌روزرسانی‌ها، اصلی‌ترین چالش‌های متناظر با رشد تکنولوژی جهانی هستند.

هزینه‌های عملیاتی و چالش‌های بهره‌وری

دلایلی چون افزایش هزینه‌های حمل‌ونقل، برنامه‌های کربن‌زدایی و هزینه‌های عملیاتی باعث شده‌اند حاشیه سود معادن جوابگوی میزان سرمایه‌گذاری و حجم عملیاتی آن نباشند. نیاز به ارتقاء کارایی و کاهش هزینه‌های استخراج، اصلی‌ترین چالش های معادن برای افزایش بهره‌وری مالی هستند.

دسترسی به منابع

براساس پژوهش‌هایی که در موسسه زمین‌شناسی ایالات متحده انجام شده، پیش‌بینی می‌شود که تا ۵۰ سال آینده، دسترسی به فلزات معدنی به حداقل ممکن برسد. با کاهش احتمال کشف منابع معدنی جدید در نقاط مختلف جهان، شرکت‌های معدنی به تدریج یا به تغییر استراتژی روی می‌آورند یا هزینه‌های زیادی را برای جستجوی منابع محدود و انجام مطالعات امکان‌سنجی آن‌ها صرف می‌کنند.

تکنولوژی‌ها برای برخورد با چالش‌های صنعت معدن

این بخش برداشتی است از سلسله تحقیقات بنیاد مکنزی، شرکت IBM و شرکت معدنی BHP، در استقرار تکنولوژی‌های روز و استراتژی‌های پویایی که می‌توانند افزایش توان عملیاتی، افزایش ایمنی و کاهش هزینه‌ها را برای صنایع معدنی به ارمغان آورند. بر اساس نتایج این تحقیقات، اگر معادن این تکنولوژی ها و استراتژی ها را در فرایندهای عملیاتی خود به‌کارگیرند، ۵ تا ۱۵ درصد به کارایی عملیاتی و درآمدی آن‌ها افزوده می‌شود.

رویکردی جامع به تکنولوژی

زمان آن رسیده که معادن ذهنیت تکه‌ای و جزئی‌نگر را کنار بگذارند و به استراتژی‌های خود کلیت ببخشند. در حال‌ حاضر شرکت‌های معدنی در پایین‌ترین رتبه‌ها در میان صنایع سازگارشده با تکنولوژی‌های روز قرار دارند. به‌طور ویژه، تکنولوژی در بخش‌های محدود و مختلف شرکت‌ها مستقر شده است، بدون اینکه ارتباط همه‌جانبه‌ای بین این عناصر تکنولوژی ایجاد گردد.

استفاده از فناوری‌هایی مانند اینترنت اشیاء صنعتی، کلان‌داده‌ها، همزادهای دیجیتال و …، می‌تواند فرایندهای عملیاتی معادن را بهینه‌تر، امن‌تر و چابک‌تر سازد. به‌عنوان‌مثال، شرکت معدنی BHP، در یک دهه گذشته سرمایه‌گذاری وسیعی برای کاربرد اینترنت اشیاء در کنترل ماشین‌های معدن‌کاوی و حفظ امنیت سایت‌های معدنی داشته است. این تکنولوژی، به‌عنوان نمونه در مسئله امنیت جانی کارکنان، بهبودی ۱۵ درصدی ایجاد کرده است.

همکاری با سازمان‌های نوآور و با دغدغه‌های مشترک

شرکت‌های معدنی باید از انزوا خارج شوند و همکاری بیشتری با سازمان‌ها، بخصوص استارت‌آپ‌ها، و تشکل‌های فناوری محور و خلاق داشته باشند. درواقع، صنایع معدنی باید پیشگام در برگزاری سمینارها، کارگاه‌ها و فعالیت‌های مشارکتی درزمینه استفاده از تکنولوژی و حرکت به سمت توسعه پایدار باشند.

 توسعه و تربیت استعدادهای آینده

شرکت‌های معدنی باید به فکر سازگاری نیروی کار خود با دو مسئله بنیادی دیجیتالی‌سازی و کربن‌زدایی باشند. استعدادهای دیجیتال (اشخاص باقابلیت‌ ایده‌پردازی در توسعه دیجیتالی فرایندها و محصولات) در همه صنایع موردتقاضا هستند. حرکت در مسیر دیجیتالی‌شدن سازمان، بدون در نظر گرفتن نیاز به نیروی انسانی متناظر با آن، به شکست منجر خواهد شد.

استفاده از تکنولوژی بلاک‌چین

بسیاری از صنایع فعالیت‌های گسترده‌ای را در استفاده از تکنولوژی بلاک‌چین در فرایندهای خود شروع کرده‌اند. بلاک‌چین لبه پویایی بر بدنه انقلاب صنعتی ۴ است. از مهم‌ترین کاربردهای بلاک‌چین در صنایع معدنی، ایجاد بستری امن برای تبادل اطلاعات است.

داده‌های معدنی (داده‌های عملیاتی یا مالی) از بالاترین میزان اهمیت در سیستم مدیریت معدن برخوردارند. معادن به‌ندرت داده‌های حرفه‌ای خود را به اشتراک می‌گذارند، چراکه سیاست‌های توسعه‌ای و سرمایه‌گذاری آن‌ها وابستگی کاملی به داده‌های معدنی دارند. انتقال این داده‌ها و نگهداری آن‌ها موضوعی است که تکنولوژی بلاک‌چین کمک شایانی در کاهش چالش‌های متناظر با آن کرده است. برای مثال، Tracr از یک پلتفرم بلاک‌چین برای ردگیری الماس‌های استخراج‌شده از معدن تا فروشگاه‌های مختلف، استفاده می‌کند. همچنین، شرکت‌های IBM و MineHub، همکاری دوجانبه‌ای در ساخت یک پلتفرم بلاک‌چین دارند که هدف آن کاهش هزینه‌های عملیاتی و انتقال امن داده‌های حاصل از سنسورهای معدنی است.

خودروها و دستگاه‌های خودکار

بنا بر تحقیق بنیاد مکنزی، استفاده از خودروها و دستگاه‌های خودکار در عملیات معدنی به ارتقاء بهره‌وری معادن کمک شایانی کرده است. به‌عنوان نمونه، شرکت‌هایی چون BHP و Mineral Resources، از ربات‌های هوشمند برای انجام پروژه‌های انفجار در معدن استفاده می‌کنند که سطح ایمنی کارکنان را به‌شدت بهبود بخشیده است.

سنسورها و شبکه اینترنت اشیاء صنعتی

با استفاده از سنسورهای فیزیکی که در سایت‌های معدن، تجهیزات عملیاتی و تجهیزات ردیابی کارکنان قرارگرفته‌اند، شبکه‌ای هوشمند و منسجم از اجزای تشکیل‌دهنده علمیات معدنی ایجاد می‌شود. این شبکه درواقع مجموعه‌ای از شبکه‌های اینترنت اشیاء است که هرکدام فعالیت ویژه‌ای را انجام می‌دهند و درنهایت یک هدف مشترک را تحقق می‌بخشند.

علم داده‌کاوی

علم داده‌کاوی به صنایع مختلف امکان تغییر رویه از حالت عمل و عکس‌العمل به حالت پیش‌بینی، پیشگیری و تعیین استراتژی‌های بلندمدت را داده است. کلان‌داده‌ها مهم‌ترین محصول تکنولوژی هستند که دانش پردازش و بهره‌برداری از آن‌ها می‌تواند در هر صنعت تغییر بنیادین ایجاد کند. مدل‌سازی‌های زمین‌شناسی، پیش‌بینی رخداد‌های مهم مثل نیاز به تعمیر ماشین‌آلات معدن و تقریب نیاز بازار ازجمله مهم‌ترین کاربردهای علم داده‌کاوی در صنایع معدنی است.

هوش مصنوعی و تجزیه‌وتحلیل

فعالیت‌های هوشمندسازی و تحلیل سیستم باعث ارتقای سطح امنیت معدن و کاهش هزینه‌ها شده‌اند. شرکت‌های معدنی بزرگ در حال همکاری با شرکت‌های تکنولوژی محوری چون IBM هستند تا فعالیت‌های مختلف از استخراج معدن را دیجیتالی کنند. درواقع، سرعت تکنولوژی آنقدر سریع است که صنایع تمام توجه خود را بر سازگاری با آن و تغییرات متناظر با محصولات تکنولوژی قرار داده‌اند.

بر اساس تحقیق بنیاد مکنزی، تا سال ۲۰۳۵ استفاده از هوش مصنوعی و تحلیل‌های داده‌ای، منجر به کاهش ۲۹۰ تا ۳۹۰ میلیارد دلاری در هزینه‌ها می‌شود. شرکت‌های معدنی باید از مدل‌های تجربه‌ای به مدل‌های هوشمند مهاجرت کنند.  آنچه حتمی است، نفوذ همه‌جانبه هوش مصنوعی در زندگی روزمره و صنایع مختلف است و هر شرکتی که از این واقعیت غافل شود با شکست مواجه می‌شود.

بازیافت و مدیریت باطله‌ها

چنانکه عنوان شد، منابع مواد معدنی جهانی به‌شدت رو به کاهش هستند و تا ۵۰ سال آینده واژه معدن‌کاوی مفهومی کاملاً متفاوت خواهد داشت. نکته قابل‌تأمل در اینجا، میزان باطله‌های تولیدی معادن و نرخ بازیافت آن‌ها است. در کشورهای مختلف، به دلیل نبود دانش و تکنولوژی موردنیاز، بخش عظیمی از باطله‌های معدنی از فرایند فرآوری خارج و در دره‌های طبیعی و مصنوعی دفن می‌شوند.